火棘果（Pyracantha fortuneana）是一種廣泛分布于我國南部和西南部，形似蘋果，成熟果實中含有大量糖分的野生漿果，在糧食短缺時可代替谷物作為主食。火棘果是我國豐富的野生膳食資源，但由于缺乏深入研究，對火棘果的開發(fā)利用不足，導(dǎo)致只有一小部分被采集并用于膳食補充劑或中藥。對其相關(guān)研究不足是導(dǎo)致大量的火棘果未被采集利用的主要原因。先前的研究還發(fā)現(xiàn)火棘果提取物中含有豐富的生物活性物質(zhì)，但是關(guān)于其中的主要活性成分的提取、純化、理化性質(zhì)分析、結(jié)構(gòu)鑒定以及活性成分的相關(guān)生物活性尚不清楚。
2023年12月，Industrial Crops and Products（IF= 6.0）雜志上發(fā)表一篇題為“Physicochemical properties, structural characteristics and bioactivities of Pyracantha fortuneana polysaccharides prepared by six methods”的研究論文。該研究從多糖的提取、理化、結(jié)構(gòu)及生物活性的角度解析了六種提取方法對火棘多糖的影響。
火棘果
采用堿、酶、超聲輔助、熱水、微波輔助和酸六種提取方法從火棘果中提取火棘多糖（PFP）。并對（Al-PFP, E-PFP, U-PFP, H-PFP, M-PFP和Ac-PFP）六種PFPs的提取得率、理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征和生物活性進行比較分析。
實驗路線見流程圖
如表1所示，不同提取方法對PFPs的產(chǎn)率、單糖組成及含量有明顯的改變。其中堿提取的單糖組分及含量與其他提取方式不同。雖然其他提取方式所得單糖種類類似，但是每種單糖的含量存在明顯差異。提取方法對多糖的性質(zhì)有顯著的影響，從結(jié)果可以得出，酸提取和堿提取有利于從火棘果中提取多糖。
表1 PFPs的產(chǎn)率，化學(xué)組分和單糖組成
如表2及圖2所示，E-PFP和U-PFP有較低的相對分子質(zhì)量，這可能由于超聲波可以通過機械力的物理方法改變多糖的官能團，同時造成多糖的大分子降解；而E-PFP的相對分子質(zhì)量低于所有的組分，可能是由于酶解作用不僅有與超聲波相同的功效，還可以通過糖苷鍵和肽鍵的斷裂增加多糖的分子降解和解聚。
Al-PFP和Ac-PFP的Mw遠(yuǎn)高于E-PFP和U-PFP，但是低于熱水提取的PFP，這與酸堿溶液對多糖的大分子有一定的破壞作用，降低分子量，從而促進多糖溶于溶劑。微波提取和熱水提取法對多糖大分子的破壞多與高溫有關(guān)，溫度對多糖大分子的破壞有限，以至于微波提取和熱水提取的多糖有較大的相對分子質(zhì)量。
表2 PFPs的分子量
圖2 火棘果多糖紫外、紅外以及分子量分布圖
TG曲線除第一熱失重過程外，其余過程描述多糖的分解和解聚，熱失重過程吸收峰值溫度越高，熱失重剩余量的越高，說明多糖熱穩(wěn)定性越高。六種多糖組分的熱失重剩余量均大于35%，吸收峰溫度高于251.10℃，表明PFPs有良好的熱穩(wěn)定性。其中Al-PFP有最高的TG曲線吸收峰溫度和最小的DSC吸收溫度范圍，即說明Al-PFP有高于其他五種PFPs的熱穩(wěn)定性。
圖2 PFPs的TGA和DSC結(jié)果
如圖3所示，不同的提取方式對多糖的外觀有著不同的影響。例如堿提和微波輔助提取的多糖外表較多圓柱狀孔洞，這些形態(tài)屬于典型的果膠的結(jié)構(gòu)。此外微波提取的表面粗糙，并伴隨有不規(guī)則山丘狀小顆粒；酶提取的多糖碎塊多，呈現(xiàn)表面光滑的結(jié)晶狀；超聲提取多糖呈現(xiàn)褶皺而完整的紙片狀，表面存在較小的粗糙球狀結(jié)構(gòu)；熱水提取的多糖還存在細(xì)條狀結(jié)構(gòu)。以上諸多的形態(tài)上的差異皆源于多糖提取方式的不同，同時也導(dǎo)致了多糖后續(xù)結(jié)構(gòu)的不同，例如酶提取促成多糖分子的重排，使得重排后的結(jié)構(gòu)緊密；微波提取的多糖存在豐富支鏈且多糖主鏈和支鏈之間連接緊密等。
從抗氧化評價結(jié)果來看，Ac-PFP和U-PFP擁有較高抗氧化活性的原因可能是Ac-PFP和U-PFP在六種多糖中均存在較小的相對分子質(zhì)量。另外，Ac-PFP和U-PFP相比，U-PFP擁有更小的相對分子質(zhì)量，但U-PFP的抗氧化活性卻低于Ac-PFP，這可能與超聲提取多糖會造成多糖的葡萄糖醛酸的破壞有關(guān)。Al-PFP、H-PFP和M-PFP有較高的相對分子質(zhì)量，但是其有較高的抗氧化活性，這可能由于其擁有三螺旋結(jié)構(gòu)、較豐富的支鏈和較強的凝膠性質(zhì)相關(guān)。
研究結(jié)果表明六種多糖均含有豐富的支鏈，這可能與PFP有良好的α-葡萄糖苷酶活性的抑制效率有關(guān)；先前的研究表明，多糖對α-葡萄糖苷酶活性的抑制主要與多糖支鏈所包含的-OH和C-OH基有關(guān)，較豐富的多糖支鏈可以提供更高的抑制率。多糖的α-葡萄糖苷酶抑制活性由多個因素引起，除了主要的支鏈結(jié)構(gòu)外，多糖含有葡萄糖成分，三螺旋結(jié)構(gòu)等都會影響存在也會增加多糖對α-葡萄糖苷酶活性的抑制能力。U-PFP擁有最低的IC50，該多糖含有大量的葡萄糖成分，存在三螺旋結(jié)構(gòu)，并且其含有豐富的支鏈結(jié)構(gòu)，這與先前的研究結(jié)果相似。
圖4 PFPs的抗氧化和降血糖活性
本研究發(fā)現(xiàn)，提取方法對PFPs的提取得率、化學(xué)組成、物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征以及生物活性等方面存在顯著的影響。相比之下，Al-PFP和Ac-PFP的提取得率明顯高于其他四種提取方法，其中Ac-PFP擁有最高提取得率，是傳統(tǒng)熱水提取的3.02倍。六種PFPs的化學(xué)組成包括單糖組成、總糖含量和糖醛酸含量存在顯著差異。Al-PFP存在少于其余五種PFPs的單糖種類，相反，其余五個多糖組分的單糖組成相同，但各組分比例存在明顯差異。相比于熱水提取，其余五種方法不同程度地降低了PFPs的相對分子量。此外，多糖的微觀結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)也隨提取方法的不同而出現(xiàn)較大的變化。此外，生物活性結(jié)果分析表明，除E-PFP外，其余的PFPs擁有較強的抗氧化活性；除E-PFP和M-PFP外，其余的PFPs對α-葡萄糖苷酶有良好的抑制活性。綜上所述，酸提取、堿提取和超聲輔助提取可以在保持生物活性和理化性質(zhì)的前提下有效提取PFPs，PFPs還可以作為具有較熱穩(wěn)定性的生物活性材料。
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